Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
18-футовый Skiff в порту Киля

Высокопроизводительное плавание достигается за счет низкого сопротивления передней поверхности, с которым сталкиваются катамараны , парусные суда на подводных крыльях , ледовые лодки или наземные парусные суда, поскольку парусное судно приобретает движущую силу своими парусами или крыльями на скоростях, которые часто превышают скорость ветра как при наветренной, так и точки паруса с подветренной стороны. Плавание со скоростью, превышающей скорость ветра, означает, что кажущийся угол ветра движущегося судна всегда опережает парус. [1] Это привело к появлению новой концепции парусного спорта, называемой «парусный спорт при кажущемся ветре», которая влечет за собой новый набор навыков для практикующих, в том числе лавирование в точках паруса по ветру. [2]

История [ править ]

Фрэнк Бетуэйт предлагает следующую хронологию ключевых достижений в области парусных технологий, которые обеспечили основные элементы высокопроизводительного парусного спорта: [2]

  • 1900-е: Появились подвижные балластные и глиссирующие корпуса.
  • 1960-е годы: были разработаны гибкие мачты, средства управления формированием парусов и знания об использовании смещения ветра в гонках.
  • 1970-е годы: мощные оснастки, включая крылья-хвосты , компенсированные трапецией экипажа на стойках или крыльях, позволяли двигаться быстрее, чем ветер, и лавировать по ветру.

Высокопроизводительное парусное судно [ править ]

Парусный катамаран Oracle на подводных крыльях с крылом на Кубке Америки 2013

Высокопроизводительные гидроциклы, которые могут превосходить скорость истинного ветра, включают парусные катамараны и парусные суда. Часто это могут сделать ледовые лодки и парусные суда. Существуют также ветряные машины, которые могут двигаться быстрее ветра, такие как Blackbird с роторным двигателем , которые выходят за рамки этой статьи.

Скифы [ править ]

Начиная ок. 1975 год: 18-футовые Skiffs плыли по ветру быстрее, чем ветер. Это означало, что для смены курса им нужно было идти лавировать, а не маневрировать. [3] Другие лодки, которые могут плыть быстрее ветра, включают 29er и 49er , разработанные Джулианом Бетуэйтом . [4]

Многокорпусные [ править ]

В 2013 году для Кубка Америки был объявлен новый класс катамаранов, которые могут развивать более чем вдвое большую скорость ветра. [5] В катамаранах , используемые для Кубка Америки 2013 должны были плыть против ветров в 1,2 раза больше скорости истинного ветра и по ветру в 1,6 раза скорости истинного ветра. [6] [7] [8] Они оказались быстрее, в среднем в 1,8 раза превышая скорость ветра с пиками чуть более 2,0. [9]

Экстремальные 40 катамаран может плавать в 35 узлов (65 км / ч, 40 миль в час) в 20-25-узел (37-46 км / ч; 23-29 миль в час) ветров. [10] Высокопроизводительный международный катамаран C-класса может двигаться со скоростью вдвое большей скорости ветра. [11]

Подводные крылья [ править ]

Существует множество разновидностей парусных судов на подводных крыльях . Примеры однокорпусных судов: International Moth , Laser и AC75 . Катамараны America's Cup используют суда на подводных крыльях с 2013 года. [12] Другие катамараны с крылом включают A-Class, [13] C-Class, [14] Nacra 17, Nacra F20, [15] и GC32. [16]

В 2009 году на подводных крыльях тримаран , Hydroptère , установить мир скорости парусной рекорд по воде на 50,17 узлов (92,9 км / ч), плавание в около 1,7 раза скорость ветра. [17] [18] В конце 2012 года Vestas Sailrocket 2 установила новый мировой рекорд скорости на воде - 65,45 узлов (121,2 км / ч), что примерно в 2,5 раза превышает скорость ветра. [19]

Ледники [ править ]

Ледяные суда на реке Гудзон в Нью-Йорке во второй половине XIX века имели длину 69 футов (21 метр) и двигались со скоростью 107 миль в час (172 км / ч), что было рекордом, превышающим любые другие транспортные средства в 1885 году. , установленный Сосулькой . Конструкции ледовых судов, датируемые серединой 20 века и позднее, обычно состоят из треугольной или крестообразной рамы, поддерживаемой тремя лопастями коньков, называемыми «полозьями», с рулевыми полозьями впереди. Полозья изготовлены из железа или стали с заостренными краями, которые держатся на льду, предотвращая скольжение вбок из-за боковой силы ветра в парусах, поскольку они развивают пропульсивную подъемную силу . Учитывая их низкое лобовое сопротивление, ледовые лодки обычно могут двигаться со скоростью в пять-шесть раз быстрее ветра. [3]Классические ледовые лодки и скитеры развивают скорость 100–150 миль в час (160–240 км / ч). Рекордные скорости для Skeeter: Das Boot - 155,9 миль в час (250,9 км / ч) [20] и для классического ледового катера: Debutaunte - 143 мили в час (230 км / ч). [21] [22]

Парусный спорт [ править ]

Плывя по ветру под углом 135 °, парусное судно может идти намного быстрее ветра. [23] скорость сделал хороший Подветренном часто в два раза быстрее по сравнению с тем же судов плавания непосредственно с подветренной стороны. [23] В 2009 году мировой рекорд наземной скорости для ветряных машин был установлен парусным судном Greenbird , которое двигалось со скоростью , примерно в три раза превышающей скорость ветра [24], с зарегистрированной максимальной скоростью 202,9 км в час ( 126,1 миль / ч). [25]

Другое высокопроизводительное парусное судно

  • Ледовая лодка класса DN

  • Парусное судно

Видимый ветер [ править ]

В то время как ледовые лодки могли превосходить скорость ветра, как с подветренной, так и с подветренной стороны в течение столетия, эта способность стала обычным явлением только с появлением 18-футовых лодок в третьей четверти 20-го века, когда их скорость утроилась по сравнению с 1950-ми годами. . Судно, которое движется быстрее, чем скорость ветра, как по ветру, так и по ветру, может лавировать по ветру, потому что кажущийся ветер всегда опережает мачту. Это привело к появлению концепции «парусного спорта в кажущемся ветре». [3]

Видимый ветер [ править ]

Основная статья: Видимый ветер
Кажущийся ветер, V A , на ледовой лодке: по мере того, как ледовая лодка движется дальше от ветра, вымпельный ветер немного увеличивается, и скорость лодки максимальна на широкой досягаемости (C). Из-за небольшого β парус обшивается по всем трем точкам паруса.

Кажущийся ветер - это скорость ветра (направление и скорость) V A , измеренная на борту движущегося парусного судна; это чистый эффект ( векторная сумма ) ветра лодки , V B - воздушный поток над кораблем , вызванный его скоростью над землей (равной по величине, но противоположной по направлению скорости корабля), и истинного ветра , В Т . Вымпельный ветер, измеренный на борту судна с двигателем, движущегося в спокойных условиях, V T = 0 узлов, будет исходить непосредственно впереди со скоростью, равной скорости лодки над дном (V A = V B + 0 = V Б ). Если судно движется в точке V B= 10 узлов с попутным ветром V T = -5 узлов, вымпельный ветер V A = 5 узлов прямо на носу (V A = V B + V T = 10 - 5). Кажущийся ветер на неподвижном судне - это истинная скорость ветра. Если судно движется под углом 90 ° к истинному ветру V T = 10 узлов, а само движется со скоростью, вызывающей V B = 10 узлов, то угол вымпельного ветра будет 45 ° от носа, а скорость вымпельного ветра будет примерно 14 узлов, вычисляется как: квадратный корень [(V B ) 2 + (V T ) 2 ] = квадратный корень [10 2 + 10 2] = 14,14. По мере того, как судно становится быстрее истинного ветра, вымпельный ветер всегда опережает парус. [26]

Когда угол лобового сопротивления корпуса незначителен, формулы для расчета V A и β следующие: [27]

  • V A = квадратный корень {[V T cos (90 ° - угол истинного ветра)] 2 + [V T sin (90 ° - угол истинного ветра) + V B ] 2 }
  • β = 90 ° - arctan {[V T sin (90 ° - угол истинного ветра) + V B ] / [V T cos (90 ° - угол истинного ветра)]}

Мощность паруса [ править ]

Основная статья: Силы на парусах

Парус создает подъемную силу с передним движущим компонентом и боковым компонентом, основываясь на оптимальном угле атаки, который ограничен вымпельным ветром V A , находящимся впереди и приблизительно выровненным с парусом. [28] [29]

  • Разложение силы ветра, действующей на парус, создавая подъемную силу.
    (F T = общая аэродинамическая сила, L = подъемная сила,
    D = сопротивление, α = угол атаки)

  • Преобразование лифта в двигательную.
    (F R = движущая сила, F LAT = боковая сила)

Бета-теорема [ править ]

β - угол кажущегося ветра от курса над водой. [26]

Гарретт вводит бета-теорему (или теорему о курсе) как способ понять, как кажущийся угол ветра является результатом взаимодействия между движущей силой ветра и силой сопротивления воды (или твердой поверхности), результатом суммарного воздействия две противодействующие крылья, парус в воздухе и киль в воде. Когда вычисляется отношение подъемной силы к лобовому сопротивлению для каждого из них в среде, результирующее движение парусного корабля сводится к углу бета ( β ) между вымпельным ветром и курсом над водой. Корпус (под водой) и парусная установка (над водой) имеют угол лобового сопротивления относительно среды, протекающей мимо них (воды или воздуха), это λ и α м.на прилагаемой диаграмме. Сумма этих двух углов сопротивления равна β, углу между вымпельным ветром и пройденным курсом ( β = λ + α м ). Эта теорема применима для любой точки паруса. Маленький β означает высокую эффективность и потенциал для высокой скорости. [26] По мере увеличения поступательной скорости β становится меньше; на парусных судах с эффективными подводными крыльями угол лобового сопротивления корпуса λ становится меньше с увеличением скорости, он становится незначительным для судов на подводных крыльях и практически отсутствует для ледовых лодок и наземных парусных судов. [30]

Предел кажущегося угла ветра [ править ]

Общий угол лобового сопротивления ( β ≈ угол кажущегося ветра) для высокоэффективного парусного судна как отношение V B к V T при отклонении от ветра на 135 °, достигнутый таким судном, как показано. [3]

Учитывая идеальные обстоятельства поверхности без трения и аэродинамического профиля, который может развивать мощность, нет теоретического предела тому, насколько быстро парусное судно может двигаться в стороне от ветра, поскольку угол вымпельного ветра становится все меньше. В действительности и эффективность паруса, и трение являются верхним пределом. Скорость определяется отношением мощности, развиваемой парусом, к мощности, теряемой из-за различных форм сопротивления (например, сопротивления поверхности и аэродинамического сопротивления). В идеале парус меньшего размера лучше, поскольку скорость увеличивается. К сожалению, небольшой парус снижает способность корабля - даже ледового судна - разгоняться до скорости, превышающей скорость ветра. Основным ограничением скорости высокопроизводительных парусных судов является сопротивление формы. Усилия по преодолению этого предела очевидны в обтекаемых корпусах высокопроизводительных ледовых судов и улучшениях в снижении лобового сопротивления глиссирующих лодок.Припайное судно может развивать вымпельный ветер 7,5 ° и скорость, в шесть раз превышающую скорость истинного ветра, на курсе, отклоняющемся от ветра на 135 °. Бетуэйт предполагает, что это может быть практическим пределом для парусного судна.[3]

Точки плавания [ править ]

Основная статья: Точка плавания

В точках парусов , на котором парусная высокоэффективной корабль может достичь самого высоких скоростей и достичь наилучшего скорости возмещен в течение определенного периода курса между одним лучом (90 ° по отношению к истинному ветру ) и широкому охватом (около 135 ° от истинного ветер). По словам Бетуэйта, проведя сравнительные измерения при истинном ветре 15 узлов (28 км / ч; 17 миль в час), водоизмещение Soling может достичь скорости немного выше истинного ветра и отклониться на 30 ° от вымпельного ветра, тогда как глиссирующий 18 Skiff развивает скорость почти 30 узлов (56 км / ч; 35 миль / ч) при вымпельном ветре 20 °, а ледовая лодка может развивать скорость 67 узлов (124 км / ч; 77 миль / ч) при вымпельном ветре 8 °. [2]

При плавании по вымпельному ветру цель состоит в том, чтобы удерживать вымпельный ветер настолько далеко вперед, насколько это возможно, для пройденного курса для достижения максимально быстрого курса, подходящего к цели. Для этого требуется судно, которое может превышать истинную скорость ветра как по ветру, так и по ветру; это позволяет вымпельному ветру оставаться далеко впереди паруса на пройденных курсах, самый быстрый из которых - досягаемость. Следует избегать слишком большого направления по ветру, когда кажущийся ветер движется за парусом, а скорость падает ниже истинной скорости ветра, поскольку курс меняется от широкого к прямолинейному (мертвый ветер). [3]

Против ветра [ править ]

В зависимости от плывущего судна курс, направленный против ветра, может отклоняться от ближайшей точки против ветра, чтобы позволить судну двигаться с оптимальной скоростью. [3] Бетуэйт объясняет, что высокоскоростное плавание требует независимого действия как румпеля, так и шкота, в результате чего человек за штурвалом избегает реакции на порывы ветра и, вместо этого, ослабляет грот по мере необходимости, тем самым увеличивая скорость лодки по сравнению с предыдущая техника - направлять поделку больше против ветра. [4]

Off the wind [ править ]

По словам Бетуэйта, плавание по направлению истинного ветра на скоростях, превышающих скорость ветра (с кажущимся ветром впереди паруса), требует иной реакции на порывы ветра, чем это применялось ранее. В то время как традиционный моряк может рефлекторно направиться против вымпельного ветра при порыве ветра, правильная реакция при движении против ветра, превышающего истинную скорость ветра, - это отклониться от порыва и двигаться дальше по ветру. Это имеет вдвойне полезный эффект, уменьшая кренящую силу порыва ветра и позволяя кораблю идти еще быстрее по ветру. [4]

См. Также [ править ]

  • Силы на парусах
  • Ветровая машина

Ссылки [ править ]

  1. ^ Джобсон, Гэри (1990). Тактика чемпионата: как кто-то может плыть быстрее, умнее и побеждать в гонках . Нью-Йорк: Издательство Св. Мартина. С.  323 . ISBN 0-312-04278-7.
  2. ^ a b c Бетуэйт, Фрэнк (2007). Высокопроизводительный парусный спорт . Адлард Коулз Морской. ISBN 978-0-7136-6704-2.
  3. ^ Б с д е е г Bethwaite, Frank (2008). Высокопроизводительный парусный спорт . Лондон: Адлард Коулз Морской. ISBN 978-1-4729-0131-6. OCLC  854680844 .
  4. ^ a b c Бетуэйт, Фрэнк (12 мая 2013 г.). Техника быстрой обработки . Нью-Йорк: A&C Black. С. 5–6. ISBN 978-1-4081-7860-7.
  5. ↑ Как яхты идут быстрее ветра. Грей, Р. Телеграф, 26 сентября 2013 г.
  6. ^ "Документ концепции правил класса AC34 Multihull" (PDF) . 34-й Кубок Америки . Проверено 14 сентября 2010 .
  7. ^ "Новые высокопроизводительные яхты для 34-го Кубка Америки" (PDF) . 34-й Кубок Америки. 2 июля 2010 . Проверено 14 сентября 2010 .
  8. ^ Концепция однокорпусного судна для 34-го Кубка Америки предусматривала конструкцию, которая обеспечивала бы скорость истинного ветра в 1,0 раз по ветру и в 1,4 раза по ветру, см. «Концептуальный документ о правилах класса монокорпуса AC34» (PDF) . 34-й Кубок Америки . Проверено 14 сентября 2010 .
  9. ^ "Команда Emirates Team New Zealand поднимается на позицию ORACLE TEAM USA" . 2012-13 гг. Организация соревнований Кубка Америки. 7 сентября 2013 года Архивировано из оригинала 21 сентября 2013 года . Проверено 8 сентября 2013 года .
  10. ^ "О экстремальных 40" . eXtreme40. Архивировано из оригинала на 2010-08-12 . Проверено 25 августа 2010 .
  11. ^ "Крылатый мир кошек" . Журнал "Парус". Архивировано из оригинального 14 марта 2010 года . Проверено 25 августа 2010 .
  12. ^ Клэри, Кристофер (2016-06-09). «Парусный спорт в истории Кубка Америки в Чикаго» . Нью-Йорк Таймс . ISSN 0362-4331 . Проверено 3 августа 2020 . 
  13. ^ Гриффитс, Боб (11 февраля 2014). "Worlds @Takapuna: Day 1, Report by Bob Griffits | International A-Division Catamaran Association" . www.a-cat.org . Проверено 2 августа 2020 .
  14. ↑ Блок, Алан (22 сентября 2013 г.). "Срывая кошек" Little Cup "для получения престижного трофея чемпионата C-класса" . www.yachtsandyachting.com . Проверено 2 августа 2020 .
  15. ^ МакАртур, Брюс (2020). "Парусник Накра 20" . sailboatdata.com . Архивировано 27 июля 2020 года . Проверено 27 июля 2020 .
  16. ^ "GC32s для замены Extreme 40s" . www.extremesailingseries.com . Проверено 2 августа 2020 .
  17. ^ Запись 500 метров был 51.36 узлов (95,12 км / ч; 59.10 мильчас), достигнутые в 30-узла (56 км / ч; 35 мильчас) ветров Hydroptère , в подводных крыльях тримарана , см "Hydroptère World Records" . Совет мировых рекордов скорости парусного спорта. 23 сентября 2009 . Проверено 25 августа 2010 .
  18. ^ "Официальный сайт l'Hydroptère" . Проверено 25 августа 2010 .
  19. ^ "500 метровых записей" . Совет мировых рекордов скорости парусного спорта .
  20. ^ Спектр, Питер Х. (2006). Книга моряка по дням, 2007 . Доббс-Ферри, Нью-Йорк: Дом Шеридана. ISBN 1-57409-226-X. OCLC  173009383 .
  21. ^ Дилл, Боб (март 2003 г.), «Дизайн парусных яхт для максимальной скорости» (PDF) , 16-й симпозиум по парусным яхтам в Чесапике , Анаполис: SNAME
  22. ^ Смит, Дуг (январь – февраль 2004 г.). Парусный спорт на стальных осколках . Скаутинг . Бойскауты Америки, Inc., стр. 18–21.
  23. ^ a b Боб Дилл (13 июля 2003 г.). «Часто задаваемые вопросы» . Североамериканская ассоциация парусного спорта . Проверено 25 августа 2010 .
  24. ^ Рекорд составлял 126 миль в час (109 узлов; 203 км / ч) при скорости ветра 30–50 миль в час (48–80 км / ч), см. Боб Дилл (5 апреля 2009 г.). «Отчет об измерениях попытки установить рекорд скорости, сделанной Ричардом Дженкинсом на яхте Greenbird 26 марта 2008 г.» . Североамериканская ассоциация парусного спорта . Проверено 25 августа 2010 .
  25. ↑ Редакторы (27 марта 2009 г.). «Ветряк бьет рекорд» . BBC New, Великобритания . Проверено 28 января 2017 .CS1 maint: дополнительный текст: список авторов ( ссылка )
  26. ^ a b c Гарретт, Росс (1996). Симметрия парусного спорта: физика парусного спорта для яхтсменов . Sheridan House, Inc. стр. 268. ISBN 9781574090000.
  27. ^ МакИвен, Томас (2006). Карманный справочник лодочника: ваш всеобъемлющий ресурс по лодкам и лодкам . Anchor Cove Publishing, Inc. стр. 182. ISBN. 978-0-9774052-0-6.
  28. Перейти ↑ Batchelor, GK (1967), An Introduction to Fluid Dynamics , Cambridge University Press, pp. 14–15, ISBN 978-0-521-66396-0
  29. ^ Клаус Вельтнер Сравнение объяснений аэродинамической подъемной силы Am. J. Phys. 55 (1), январь 1987 г. стр. 52
  30. ↑ Кимбалл, Джон (22 декабря 2009 г.). Физика парусного спорта . CRC Press. ISBN 978-1-4200-7377-5.

Внешние ссылки [ править ]

  • Совет мировых рекордов скорости в парусном спорте
  • Североамериканская ассоциация парусного спорта
  • Ледяной яхт-клуб "Четыре озера"